Tarina koivusta genomisen big datan avulla

Koivun lajiutumishistoria selvitetty 150 koivun perimästä kerätyllä big datalla – Itä-Suomen yliopiston tutkijat mukana koivuprojektissa, jonka tulokset julkaistiin Nature Genetics -lehdessä.
Kuva: Pixabay

Big data on tuttu ilmaisu esimerkiksi yritysten asiakaskäyttäytymisanalyyseistä tai internetin sosiaalisten verkkojen mallinnuksesta, mutta suuria datamääriä syntyy myös biologian alalla genomien emäsparien lukemisessa eli sekvensoinnissa. Genomisekvensoinnin halventuminen on mahdollistanut kokonaisten yksilöryhmien eli populaatioiden genomien määrittämisen. Tästä aineistosta voidaan populaatiogenomiikan menetelmiä käyttäen tutkia jälkiä, jotka lajin historia ja luonnonvalinta on evoluution aikana genomikokoelmaan jättänyt. Vastaavanlaista tutkimusta on aiemmin tehty lähinnä ihmisillä, joista on vuosien ajan kerätty laajaa genomikokoelmaa, mutta viimeaikainen teknologian kehitys on mahdollistanut tutkimuksen myös aivan uusille lajeille.

Tutkijat keräsivät koivunäytteitä Irlannista, Norjasta ja Siperiasta sekä Suomesta kuudelta eri paikkakunnalta: Lopelta, Punkaharjulta, Vehmersalmelta, Posiolta, Rovaniemeltä ja Kittilästä. Kaikkiaan genomeja luettiin yli 700 gigaemäsparia, mikä tuotti yli 20 teratavua tiedostoja. Perimien laskennallinen analyysi osoitti hyvin alhaisia yksilömääriä eli populaation pullonkauloja ajanjaksoina, jolloin maapallolla tapahtui suuria ilmastollisia muutoksia. Ensimmäinen ja voimakkain pullonkaula tapahtui aikana, jolloin dinosaurukset kuolivat sukupuuttoon noin 66 miljoonaa vuotta sitten. Tämän jälkeen pullonkauloja oli 34 miljoonaa, 14,5 miljoonaa ja noin miljoona vuotta sitten. Viimeisimmän pullonkaulan jälkeen koivupopulaatio on kasvanut tasaisesti, eikä viime jääkausikaan ole siihen suuremmin vaikuttanut.

Jääkauden vaikutuksesta koivut jakautuivat Siperiassa kasvavaan Aasian kantaan ja Länsi-Euroopan kantaan, jotka myöhemmin mannerjään sulaessa ovat sekoittuneet Suomessa. Rauduskoivun lisäksi projektissa sekvensoitiin kuusi muuta koivulajia, mukaan lukien hieskoivu ja vaivaiskoivu, sekä koivun lähisukulaiset harmaa- ja tervaleppä. Rauduskoivun ja hieskoivun erottaminen toisistaan osoittautui yllättävän vaikeaksi, sillä osa rauduskoivuksi luokitelluista puista osoittautuikin genomianalyyseissä hieskoivuiksi.

Luonnonvalinta on auttanut koivua pärjäämään kovissa oloissa

Populaatiohistorian lisäksi projektissa koostettiin referenssigenomi ja ennustettiin koivun geenit. Perimän analyysit paljastivat yli 900 lajiutumisen aikana luonnonvalinnan alla ollutta geeniä, jotka ovat muokanneet kansallispuustamme kylmänkestävän ja nopeakasvuisen pioneerilajin. Valinnan alla olevat geenit ovat avainasemassa koivun ilmiasun muodostamisessa, minkä takia näihin geeneihin kohdistuvan jalostustyön kautta voidaan kehittää koivulinjoja erilaisiin biotalouden sovelluksiin. Kun kandidaattigeenit on löydetty, on jalostaminen nopeata, sillä koivu on ainoa puulaji, jonka voi kasvuolosuhteita muokkaamalla saada kukkimaan alle yhden vuoden ikäisenä, mahdollistaen yhden risteytyssukupolven kasvattamisen vuoden aikana.

Tutkimukseen osallistuivat Itä-Suomen yliopistosta professori Elina Oksanen , professori Sirpa Kärenlampi , yliopistotutkijat Sari Kontunen-Soppela ja Arja Tervahauta , sekä tutkijat Viivi Ahonen , Pauliina Halimaa ja Daniel Blande

- Tämä on hieno esimerkki monitieteisestä ja monivuotisesta yhteistyöstä, joka toteutui useiden koivun genomista kiinnostuneiden tutkimusryhmien toimesta, sanoo professori Elina Oksanen .

-Työssä kerätyt Suomen näytteet ovat peräisin meidän käynnissä olevista kenttäkokeistamme, joissa selvitämme rauduskoivun kykyä sopeutua nopeasti lämpenevään ilmastoon eri leveysasteilla. Kasvibiotekniikan tutkijat ovat selvittäneet osan genomista, ja samalla oppineet käyttämään uusimpia tutkimusmenetelmiä tällä nopeasti kehittyvällä alalla.

Artikkeli:
Nature Genetics on May 8th. Salojärvi J. et al. Genome sequencing and population genomic analyses provide insights into the adaptive landscape of silver birch doi:10.1038/ng.3862

Lähde: UEF
Julkaisi: Kalle

0 kommenttia:

Lähetä kommentti